{"id":4031,"date":"2016-07-30T23:57:17","date_gmt":"2016-07-30T21:57:17","guid":{"rendered":"http:\/\/perso.iut-nimes.fr\/fgiamarchi\/?p=4031"},"modified":"2017-07-08T09:35:38","modified_gmt":"2017-07-08T07:35:38","slug":"amplificateur-v1-0","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.giamarchi.fr\/?p=4031","title":{"rendered":"Amplificateur V1.0"},"content":{"rendered":"

\"Ampli<\/a>Amplificateur \u00e0 3 transistors, Classe AB, Push-Pull, P=0,5W<\/p>\n

Document au format pdf<\/a><\/p>\n

Document AM1<\/a> ( pour les \u00e9tudiants GEII, semestre 1)<\/p>\n

Id\u00e9e<\/span>
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L’id\u00e9e de d\u00e9part est de permettre \u00e0 un d\u00e9butant de r\u00e9aliser un amplificateur audio simple. Ce montage est parfait pour amplifier le son d’un smartphone. Il n’est pas tr\u00e8s performant, mais il est largement suffisant pour d\u00e9couvrir l’\u00e9lectronique de fa\u00e7on agr\u00e9able.<\/p>\n

Les explications donn\u00e9es sont une information compl\u00e9mentaire pour ceux qui veulent comprendre son fonctionnement. Les d\u00e9butants auront besoin de consulter des documents g\u00e9n\u00e9ralistes expliquant le fonctionnement des transistors dans les montages de base, avant d’aborder celui-ci.<\/p>\n

Sch\u00e9ma du montage<\/span>
\n<\/span><\/h4>\n

\u00a0Le sch\u00e9ma est l’un des plus simples qu’il soit possible de trouver. Il utilise 3 transistors tr\u00e8s classiques.<\/p>\n

Explications<\/span><\/span><\/h3>\n

\u00a0L’explication doit se faire en 3 parties. En premier, il faut comprendre la structure choisie, ensuite le fonctionnement du montage en statique, c’est-\u00e0-dire lorsqu’il n’y a pas de signaux en entr\u00e9e, et pour finir, analyser le fonctionnement en dynamique avec un signal \u00e0 amplifier en entr\u00e9e.<\/p>\n

La structure de cet amplificateur<\/span><\/h4>\n

Sa structure peut \u00eatre d\u00e9compos\u00e9e en 2 parties. A gauche, T1 est un transistor en mode \u00c9metteur Commun pour amplifier la tension d’entr\u00e9e. A droite, T2 et T3 sont mont\u00e9s en Collecteur Commun pour amplifier le courant. C’est l’association des 2 \u00e9tages en cascade qui permet d’obtenir de la puissance en sortie, P=UI . T2 et T3 forment une structure de type Push-Pull, \u00e9tage de sortie typique d’un amplificateur de puissance. Les 2 diodes en s\u00e9rie permettent une polarisation en classe AB de ces 2 transistors pour r\u00e9duire la distorsion de croisement.<\/p>\n

Les valeurs des r\u00e9sistances permettent de r\u00e9gler les courants au repos. Les condensateurs limitent la bande passante au domaine audio.<\/p>\n

Analyse au repos<\/span><\/h4>\n

Le but de cette analyse est de comprendre le choix des valeurs pour les r\u00e9sistances. Pour cela, on simplifie le montage en supprimant les condensateurs \u00e9quivalent \u00e0 des circuits ouverts en continu. Le haut-parleur est une charge n\u00e9gligeable, car elle est en s\u00e9rie avec R3 de valeur tr\u00e8s sup\u00e9rieure.<\/em><\/p>\n

\"Ampli<\/a>La r\u00e8gle n\u00b01 dans ce type de montage, c’est d’obtenir une tension en sortie du montage \u00e9gale \u00e0 la moiti\u00e9 de la tension d’alimentation, entre les 2 transistors T2 et T3. Pour obtenir cela, il faut que ces 2 transistors soit l\u00e9g\u00e8rement passant. Pour rendre ces 2 transistors passants, il faut que la tension entre leur base soit \u00e9gale \u00e0 2 fois 0,65V environ. C’est le r\u00f4le des 2 diodes D1 et D2, en faisant passer un courant dans ces diodes, on obtiendra cette valeur de 1,3V. C’est le transistor T1 qui va g\u00e9rer ce courant dans les diodes, lorsqu’il va \u00eatre passant.<\/p>\n

Un \u00e9quilibre sera obtenu entre tous ces transistors par le choix des 2 r\u00e9sistances R1 et R2.<\/p>\n

Pont diviseur de tension : \"Ampli<\/a><\/p>\n

Cette \u00e9quation est insuffisante pour choisir un couple de valeur pour R1 et R2. On va faire intervenir la valeur des courants en commen\u00e7ant par dimensionner R3.<\/p>\n

Un courant de l’ordre de 1 \u00e0 2mA suffit pour polariser les diodes, mais il faut savoir que R3 d\u00e9finit aussi le courant de base de T2. On reviendra sur T2, plus tard.<\/p>\n

Donc on calcule:\u00a0 R3 = 3,85\/0,002=1925\u03a9, soit une valeur pratique de 1,8k\u2126.<\/p>\n

Donc, le courant dans le collecteur de T1 est de l’ordre de 2mA. T1 est un transistor de gain en courant de l’ordre de 200, c’est un mod\u00e8le B. Le courant de base est de 10\u00b5A. Pour pouvoir r\u00e9gler la tension \u00e0 0,65V sur la base de T1, il faut un courant dans R1 au moins 5 fois plus grand. Donc on choisit 50\u00b5A et on calcule R.<\/p>\n

R1 = 0,65\/0,00005=13k\u03a9, soit une valeur pratique de 12k\u2126.<\/p>\n

D\u2019o\u00f9 une valeur pour R2 de 6 fois 12k\u2126, soit 72k\u2126, on prendra la valeur pratique de 68k\u2126.<\/p>\n

Mais on aurait pu choisir d’autres couple de valeurs pour R1 et R2 (4,7k et 27k ou 10k et 56k). Cela augmente un peu la consommation, mais permet de tol\u00e9rer des transistors de gain plus faible pour T1..<\/p>\n

On y a ajout\u00e9 une Del rouge pour v\u00e9rifier la pr\u00e9sence de la tension 9V. Mais vous pouvez souhaitez faire l’\u00e9conomie de ce courant, dans ce cas, ne placer pas les 2 composants, R4 et D3.<\/p>\n

Il est tr\u00e8s important d’apparier les 2 transistors T2 et T3. C’est-\u00e0-dire que le gain en courant de ces 2 transistors soit le m\u00eame. Cela garanti une amplification identique des 2 alternances du signal. Un tri par r\u00e9f\u00e9rence des transistors est insuffisant, il faut absolument mesurer plusieurs transistors et s\u00e9lectionner ceux qui ont un gain proche.<\/p>\n

Fonctionnement en amplification<\/span><\/h4>\n

La puissance annonc\u00e9e est de 0,5Watt, mais quelle est la puissance maximale th\u00e9orique ?<\/p>\n

En r\u00e9alit\u00e9, il est difficile d’obtenir une tension en sortie dont l’amplitude serait maximale (4,5V). Les transistors se saturent pour une tension de l’ordre de 1V.<\/p>\n

\"Equation-02\"<\/a><\/p>\n

De plus il faut tenir compte de la tension de 0.6V entre la base et l’\u00e9metteur et de la chute de tension dans la r\u00e9sistance R3. C’est surtout cette r\u00e9sistance qui limite tout et le gain en courant du transistor T2.\"Ampli<\/a><\/p>\n

La tension maximale disponible est obtenue lorsque la diode D1 n’est plus passante. Le courant de 2mA est amplifi\u00e9 par T2. Le gain de ce transistor est de l’ordre de 175. Soit une tension aux bornes de la charge de :\"Ampli<\/a><\/p>\n

Mais, l\u00e0 aussi, la r\u00e9alit\u00e9 est diff\u00e9rente car le gain en courant des transistors diminue au del\u00e0 de 100mA. Donc la puissance r\u00e9elle, sans nuire \u00e0 la qualit\u00e9 est encore un peu inf\u00e9rieure.<\/p>\n

Les transistors choisis sont des mod\u00e8les TO92 en plastique, de puissance maximale de l’ordre de 600mW. Avec des pointes de courant \u00e0 350mA sous presque 3V, on atteint sa limite, mais comme ce n’est pas en continu et que ce n’est vrai que pour une seule alternance, la valeur moyenne de la puissance dissip\u00e9e par chaque transistor est plus proche des 100mW au maximum.<\/p>\n

\"Ampli<\/a><\/p>\n

Le gain en tension du montage est le gain en tension du 1er<\/sup> \u00e9tage autour de T1, dont la charge est l’imp\u00e9dance du 2\u00e8me<\/sup> \u00e9tage. On rappelle que le gain du 2\u00e8me<\/sup> \u00e9tage est de l’ordre de 1, car les 2 transistors sont mont\u00e9s en collecteur commun.<\/p>\n

\"Ampli<\/a><\/p>\n

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Le montage de la charge (le haut-parleur) entre le plus de l’alimentation et le point milieu du push-pull avec un condensateur en s\u00e9rie est un montage type bootstrapp, permettant d’am\u00e9liorer la dynamique du signal de sortie. En son absence, les alternances positives du signal de sortie seraient plus petites. Le petit inconv\u00e9nient de ce montage original, c’est que l’on entend le condensateur se charger \u00e0 la mise sous tension et qu’il y a 2mA qui passe dans le haut-parleur au repos.<\/p>\n

R\u00e9alisation du montage<\/span><\/h3>\n

Pour r\u00e9aliser ce montage sur un circuit imprim\u00e9, il vous faudra r\u00e9aliser le circuit imprim\u00e9 en copiant l’image suivante, ou en t\u00e9l\u00e9chargeant le fichier associ\u00e9. Puis percer et souder les composants indiqu\u00e9s dans la nomenclature.<\/p>\n

Le circuit imprim\u00e9<\/span><\/h4>\n

Les dimensions du circuit imprim\u00e9 sont de 62,2mm de long sur 25,4mm de large.<\/p>\n

On a veill\u00e9 \u00e0 ne pas avoir de boucle de masse dans le circuit imprim\u00e9. La fixation du circuit sur un boitier devra se faire avec des entretoises isol\u00e9es.<\/p>\n

\"PCB-V1.0\"<\/a><\/p>\n

Nomenclature (liste des composants)<\/span><\/h4>\n

R1\u00a0: 12k\u2126 (marron, rouge, orange, or)\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 C1 : 10\u00b5F (25V vertical)<\/p>\n

R2\u00a0:68k\u2126 (bleu, gris, orange, or)\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 C2 : 150pF<\/p>\n

R3\u00a0:1,8k\u2126 (marron, gris, rouge, or)\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 C3, C4 : 220\u00b5F (25V vertical)<\/p>\n

R4\u00a0: 4,7k\u2126 (jaune, violet, rouge, or)\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 D1, D2\u00a0: 1N4148<\/p>\n

T1 : BC547B\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 D3\u00a0: Del rouge 3mm<\/p>\n

T2 : BC337 \u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 \u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 K1, K2 : connecteur femelle 1×02<\/p>\n

T3 : BC327\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 K3 : connecteur m\u00e2le 1×02<\/p>\n

Circuit imprim\u00e9 : IU_614<\/p>\n

Tests<\/span><\/h4>\n

Le premier test est optique. V\u00e9rifier que vos soudures sont bien brillantes et qu’elles ne sont pas en court-circuit avec d’autres. Les soudures doivent ressembler \u00e0 un volcan (pas de boules ou trop peu de soudure). Que les composants sont branch\u00e9s dans le bon sens.<\/p>\n

Dans les conditions normales, on doit utiliser une alimentation de laboratoire r\u00e9gl\u00e9e sur 9Volts avec limitation d’intensit\u00e9. Mais il est possible de faire un test simple en utilisant une pile 9Volts connect\u00e9e \u00e0 K3. Le haut-parleur est remplac\u00e9 par une r\u00e9sistance de test de 8 Ohms. La Del rouge doit s’allumer.<\/p>\n

V\u00e9rifier avec un multim\u00e8tre, en mode voltm\u00e8tre, les tensions entre les 2 transistors T2 et T3. Si la tension est de l’ordre de 4,5Volts, vous pouvez remplacer la r\u00e9sistance de test par un haut-parleur et brancher la prise pour le t\u00e9l\u00e9phone.<\/p>\n

Maintenance<\/span><\/h4>\n

Si la Del ne s’allume pas, il est possible que la pile soit vide ou que vous ayez un probl\u00e8me de soudures.<\/p>\n

Si la tension entre les transistors T2 et T3 n’est pas correcte, il est fort probable qu’un ou plusieurs composants sont soud\u00e9s \u00e0 l’envers ou d\u00e9truits, ou bien qu’il y a un court-circuit.<\/p>\n

Caract\u00e9ristiques<\/span><\/span><\/h3>\n